張河灣蓄能電廠AVC子站建設必要性及其應用設計

李世昌，錢 力，張 坤

（1.河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050000；2.國網新源控股有限公司，北京 100053）

張河灣蓄能電廠AVC子站建設必要性及其應用設計

李世昌1，錢 力1，張 坤2

（1.河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050000；2.國網新源控股有限公司，北京 100053）

隨著調度自動化的不斷發展以及對電壓質量要求的提高，河北南部電網無功資源分布不均衡，電壓動態調控能力不足，因此需要加強電網的電壓/無功控制能力。本文根據河北南部電網自動電壓控制建設的要求，詳細介紹了張河灣蓄能電廠增設自動電壓控制（AVC）子站的必要性以及其基本結構。

自動電壓控制（AVC）；蓄能電廠；河北南部電網

0 引言

隨著調度自動化的不斷發展以及對電壓質量要求的提高，河北南部電網無功資源分布不均衡，電壓動態調控能力不足，需要加強電網的電壓/無功控制能力。

張河灣蓄能電廠4臺機組，總裝機容量1 000 MW，于2009年全部投入商業運行。但監控系統未配置獨立的電壓無功自動控制裝置，而是通過機組現地控制單元組態邏輯將調度下發的無功設定值轉換為勵磁電壓調節脈沖，調節速率和控制精度很不理想，無法滿足調度調節品質要求。

而電廠側自動電壓控制（AVC）子站是電網自動電壓控制的子系統，專門用于接受調度下達的實時電壓曲線，按預定條件和要求快速調節電廠側母線電壓無功功率，從而使母線電壓穩定在一個合理范圍，達到提高電能質量的目的。

1 AVC子站增設必要性分析

1.1 電網側需求

電壓是衡量電力系統電能質量的重要指標之一，而無功是影響電壓水平的一個重要因素。河北南部電網是一個典型的受端大電網，需要大量的無功調節，電壓控制逐漸成為影響電能質量的重要技術缺口，河北南部電網內部無功資源分布不均衡，電壓動態調控能力不足，不能完全實現無功分層分區平衡。為進一步提高河北南部電網的電壓質量，就需要加強無功的控制能力，盡快進行自動電壓控制（AVC）子站的建設，保障電能質量，提高輸電效率，降低網損，實現電網的穩定運行和經濟運行。

1.2 電廠側效益

（1）依據《國家電網公司水力發電廠安全性評價標準》中第1.7.2條中規定“機組須具備執行AVC功能的能力，能根據電網調度機構下達的高壓側母線電壓控制目標或全廠無功總功率，協調控制機組的無功功率；機組AVC裝置應具備與電網調度機構EMS系統實現聯合閉環控制的功能；電廠AVC機組的電網調節參數應按照所屬電網調度機構“機組自動電壓控制（AVC）”的規定運行；AVC機組調整性能與運行參數滿足所屬電網調度機構規定的要求”可知，蓄能電廠應有完善的AVC裝置能接受調度下達的無功指令，實現無功電壓的閉環控制，滿足電網側調節精度和速率的要求。

（2）依據《華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》第十六條自動電壓控制（AVC）服務補償，裝設AVC裝置的機組，若AVC投運率達到98%以上，且AVC調節合格率達到99%以上，按機組容量和投用時間補償：

補償費用=（λ調節-99%）（100%-99%）×PN× YAVC×tAVC

式中，λ調節為機組AVC調節合格率；

PN為機組容量（MW）；

YAVC為AVC補償標準，取0.1元/MW·h；

tAVC為機組AVC投用時間，單位為小時

可知，機組自動電壓控制（AVC）子站投用后一年的最大經濟效益87.6萬元。

綜上所述，無論是對于電網側還是電廠側，增設自動電壓控制（AVC）子站都能帶來巨大的效益，更好的保障河北南部電網和張河灣電廠的安全、穩定、經濟運行。

2 AVC子站系統概述

AVC子站用于接收調度主站的目標指令，根據電網的實時狀態計算全廠的無功目標值，并根據無功分配策略將全廠目標無功直接分配到各個運行機組的勵磁系統上，各機組勵磁系統根據分配到的機組目標無功進行無功調節，從而達到根據主站指令調控母線電壓和全廠無功的目的。

圖1 張河灣蓄能電廠自動電壓控制系統框圖

2.1 上位機

2.1.1 上位機的作用

上位機與RTU接口，接收發自省調的遙調指令，并分離出有關的調節電壓命令，在遙調方式下工作時，根據調度的設置，合理的分配各機組的無功目標值或電壓目標值，轉換成為PLC下位機的通信規約，通過RS422串行通信接口傳給下位機。由于直接接收的是省調發來的數字信息，因此準確度要高于取自RTU D/A轉換板再經過A/D轉換而得到的調節無功目標值。

2.1.2 上位機軟件

上位機的軟件由VISUAL BASIC 6.0開發軟件編制，一共有8個模塊，包括系統設置模塊、數據采集模塊、狀態顯示模塊、數據記錄模塊、圖表顯示模塊、控制模塊和幫助模塊、目標設定模塊。

上位機軟件部分模塊介紹如下：

（1）系統設置模塊

系統設置模塊主要是對一些系統的工作模式、基本參數、機組的保護參數進行相關設置。主要包含3個子模塊：機組保護設置模塊、運行設置模塊、初始設置模塊。

初始設置包括臺數的描述、機組名稱、系統的初始阻抗、機組配置、通信規約和通信模式以及無功、電壓遙調目標在RTU上的板點號和滿刻度值、主界面的元件位置設置。該設置一般在設備調試安裝完后一次設定。

運行設置包含無功調節方式設置、無功分配方式和功率因數上下限。

（2）數據采集模塊

數據采集模塊包含從上級調度機構指令中解析出電壓、無功遙調目標值和采集機組實時數據的功能。

在RTU通信協議的前提下，上位機直接接收主站下發給RTU的數據，并按照與RTU相同的方法校驗數據，解析出相關的遙調目標值。采用這種方法，所得的目標值精度和抗干擾性要遠遠高于從RTU D/A轉換板得到模擬量，再傳送到下位機，由下位機進行A/D轉換，再送給上位機這種常規方式得到的目標值精度。

每臺機組的實時數據由下位機經A/D轉換后經RS232口傳送給上位機，這些數據為：母線電壓、無功、機端電壓、轉子電流、定子電流，以及下位機無功調節的投退狀態和各種超限保護信號。數據采集每秒刷新一次數據。

（3）數據記錄模塊

數據記錄模塊主要用于單臺機組各類數據和調功裝置總體的記錄，查閱和顯示歷史記錄。記錄的數據每15 min顯示一組。

（4）控制模塊

控制模塊是調節程序的核心部件，它實現AVC、數學模型的計算機程序化，完成了無功目標的分配，AVC模糊控制、系統阻抗等參數的辯識、超限保護等功能。

2.2 下位機

2.2.1 下位機硬件結構

（1）中央處理器

主要用于PLC數學邏輯運算，存貯PLC控制程序、以及數據運算的中間結果和系統參數。也為其他模塊提供各種數據緩沖。

將控制流程相應控制命令和上位機的指令發出到各個模塊，同時接收各個模塊返送的各種現場信息和數據，然后計算控制相應模塊，再完成相應的功能。

（2）開關量輸入模塊

它提供16路的開關量輸入。輸入信號來自DCS對AVC裝置的控制。

（3）開關量輸出模塊

PLC控制系統有兩塊輸出模塊一共提供16路的開關量輸出。按照控制對象可分為兩類：①輸出到中控室操作員站上，如：AVC裝置投、退信號、保護信號。②通過中間繼電器控制發送給控制無功電壓的勵磁系統，達到控制無功電壓的目的。

（4）模擬量輸入模塊

它提供8路模擬量輸入，12位的A/D轉換器，4～20 mA的輸入信號，其信號來自電壓、電流變送器，如：無功功率、機端電壓、轉子電流、定子電流、母線電壓、廠用電。

（5）模擬量輸出模塊

它提供8路模擬量輸出，12位的D/A轉換器，4～20 mA的輸出信號，輸出有功、無功目標指令到DCS或其他控制系統。

（6）通訊模塊

上位機的多串口卡與通訊模塊進行實時通訊，交換有關數據。主要數據有：母線電壓、無功功率、機端電壓、無功電壓停調死區、定子電流以及轉子電流上、下限。

（7）母板

此母板可安裝5個PLC模塊底座。

（8）電源

為PLC提供24 V直流電源。

2.2.2 下位機PLC軟件功能

（1）PLC控制系統能自動接收來自上位機的信息1）控制參數

主要有：無功功率，母線電壓，機端電壓，定子電流，轉子電流，上、下限值，有功、無功電壓停調死區，目標值等。

2）控制指令

主要有：有、無功投退。

3）實時傳輸PLC控制系統的信息

主要有：母線電壓、無功功率、機端電壓、轉子電流、定子電流、實測數值；系統無功投退狀態以及各種參數超下、上限的報警信息。

（2）自動投入

根據上位機下發調無功指令，控制系統自動將無功控制投入運行，自動模擬人工調節，以改變步長的控制方式逐步靠近目標設定值，當無功進入控制死區時，系統調節將停止運行。當被調節無功值大于死區范圍時，控制系統立即重新啟動將其重新調節到死區范圍以內。

3 結束語

本項目的實施，既滿足調度AVC調節的需求，加強了河北南部電網的無功/電壓調節能力，也提高了張河灣蓄能電廠機組運行的經濟性，最終保證電網的安全穩定運行。

[1]郭慶來，孫宏斌，張博明，等.自動電壓控制系統的公共信息模型擴展[J].電力系統自動化，2006，30（21）：11-15

[2]孫陽盛，郁惟鏞，倪向萍.改進的變尺度法在自動電壓控制（AVC）中的應用[J].繼電器，2004，32（6）：27-30.

[3]林曉春.電網自動電壓控制系統在地縣級調度的應用和實現[J].自動化技術與應用，2007，26（11）:108-109,104.

TM761

A

1672-5387（2016）12-0029-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.011

2016-09-23

李世昌（1989-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站生產運行維護管理工作。